基于虛擬儀器的車(chē)用電機測試平臺控制系統
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引言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/163586.htm能源短缺和環(huán)保問(wèn)題促使人們轉向開(kāi)發(fā)低污染或者零污染的清潔汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)被認為是最有希望替代內燃機汽車(chē)成為下一代公路運輸工具的主流。無(wú)論是純電動(dòng)、混合動(dòng)力還是燃料電池汽車(chē),都以電動(dòng)機作為驅動(dòng)力源。一套適用的車(chē)用驅動(dòng)電機的測試平臺對于整車(chē)動(dòng)力系統的開(kāi)發(fā)非常重要。然而目前國內的電機測試平臺一般不是針對車(chē)用驅動(dòng)電機而設計,而且自動(dòng)化程度不高,無(wú)法滿(mǎn)足測試的要求。因此需要開(kāi)發(fā)一套專(zhuān)用的車(chē)用驅動(dòng)電機測試平臺,這對于整車(chē)動(dòng)力系統的設計及優(yōu)化至關(guān)重要。
虛擬儀器技術(shù)是近幾年在自動(dòng)化測試和控制領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)。其代表產(chǎn)品為美國NI 儀器公司的LabVIEW ,目前在包括汽車(chē)行業(yè)的眾多領(lǐng)域得到廣泛應用。本文結合燃料電池轎車(chē)的技術(shù)特點(diǎn)和要求,提出了基于虛擬儀器和CAN 總結技術(shù)的系統集成方案,并設計了相應的控制策略和故障管理機制。
系統功能分析
根據燃料電池轎車(chē)技術(shù)的特點(diǎn)及驅動(dòng)電機測試規范的要求,系統應具有以下主要功能:
驅動(dòng)電機的外特性測試;
驅動(dòng)電機及其控制器的效率測試;
堵轉特性測試;
常溫
溫升試驗;
最大制動(dòng)功率測定;
燃料電池轎車(chē)動(dòng)力系統硬件在環(huán)仿真測試;
轉矩響應測試;
驅動(dòng)電機動(dòng)態(tài)性能測試;
根據測試需求,還應增加相應測試功能。
圖1 為系統集成方案的梯形結構圖。從實(shí)現的角度將系統分為4 個(gè)層次:應用層、控制層、通信層和物理層。
應用層
應用層即在上位控制機上應用LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)的應用軟件。充分利用虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn),提供了實(shí)驗人員與整個(gè)測試系統友好方便的交互方式,體現了系統的總體輸入和輸出。
控制層
控制層負責對系統的輸入指令進(jìn)行解釋,控制測試系統按照預定要求完成測試任務(wù)?？刂茖訌膬蓚€(gè)級別上實(shí)現對系統的控制:第一級是系統級,即上位機采用LabVIEW軟件編寫(xiě)的控制程序,目的是實(shí)現系統整體的運行控制和通信控制;第二級是組態(tài)級,采用PLC實(shí)現系統組態(tài)及具體的控制策略。
通信層
通信層實(shí)現了測試系統各部分之間控制指令和信號數據的高速可靠傳輸。圖2 為基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的系統通信層解決方案原理圖。受試對象、測功機、PLC 終端模塊A、PLC 終端模塊B 以及上位控制機組成一個(gè)五節點(diǎn)的CAN - bus。測功機既可以直接同總線(xiàn)通信,也可以通過(guò)PLC 終端模塊B 實(shí)現同總線(xiàn)的通信。采用CAN 通信協(xié)議作為系統通信層的骨干框架,既提高了系統可靠性和抗干擾能力,又保證了與整車(chē)通信協(xié)議的一致性。同時(shí),為滿(mǎn)足不同測試儀器的要求,系統還提供了對多種通信協(xié)議的兼容性,譬如IEEE488 、RS232 以及傳統線(xiàn)束等。
物理層
物理層是指執行具體任務(wù)的各個(gè)組成部件,包括受試對象、測功機、扭矩儀、PZ4000 (電量信號數據采集處理設備) 、冷卻系統、上位控制機、AU (包括齒輪箱、強電/ 弱電控制柜、變壓器、電流鉗箱、稀油站等其他輔助設備) 。
系統電氣控制原理
圖3 為系統電氣控制原理示意圖
信號采集
受試對象是指被測電機(MOTOR) 及其變頻控制器( INV2) 。主變頻器( INV1) 和測功電機(DYNO) 組成測功機。電量信號采集處理設備PZ4000 采用GPIB 總線(xiàn)實(shí)現與上位控制機的通信。扭矩儀采集的扭矩和轉速頻率信號經(jīng)過(guò)MP60 (頻率電壓變換器) 送給PZ4000 處理后,再傳送到上位機。
手動(dòng)模式和自動(dòng)模式
上位機采用LabVIEW 軟件作為軟件平臺進(jìn)行整個(gè)測試系統的指令輸入及數據的采集、分析和記錄,對各終端部件通過(guò)PLC 控制模塊進(jìn)行控制。系統的運行有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式,手動(dòng)模式通過(guò)手動(dòng)輸入控制指令控制系統的運行,自動(dòng)模式下系統按照預定控制過(guò)程自動(dòng)運行。兩種模式可以自由切換。試驗中的各種數據可以在上位機、PZ4000 上實(shí)時(shí)監控,最終全部由上位機自動(dòng)記錄。
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